CN104924621B - 高黏度材料的面曝光成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高黏度材料的面曝光成型装置，该装置包括：加工系统、曝光系统、控制系统。加工系统为面曝光成型装置的机构部分,其中固定在机架上的Z轴平移台上固定有工作台支架，其上固定有拉压力传感器、精密倾斜器、工作台。在机架上铰接材料槽旋转台，旋转台可以令材料槽做快速整周旋转动作，配合固定在旋转台上的材料重涂机构，可以对材料槽内的材料进行重涂和刮平。配合曝光系统和控制系统可以使材料槽中的材料固化，每固化一层材料，凸轮机构使整个旋转台以其铰链为轴向下倾斜一定角度，从而使得固化的材料层从材料槽底部脱开。本发明能够解决目前光固化成型材料过程中高黏度材料成型难、成型后精度差的问题。

Description

高黏度材料的面曝光成型装置

技术领域

本发明属于先进制造技术范围内光固化成型增材制造领域。具体涉及一种高黏度材料的面曝光成型装置。

背景技术

增材制造技术是一种近三十年来新兴的先进制造技术，这种技术可以制造传统加工方法难以加工的一些零件，在很多领域得到了广泛的应用。其中光固化技术是最早商业化的一种增材制造技术，这种技术通过控制曝光的路径或曝光形状来制造零件的每一层，然后将层与层固结在一起，最终成型零件。这种技术具有制造精度高的特点。

可用于光固化加工的材料有很多，但普通自上而下曝光的光固化设备要求材料流动性好，即粘度较低，这样在固化下一层时，已经固化层上方液体材料的层厚可以通过刮板和液体的自然流平来保证，但如果要固化的材料是高黏度材料，则每一层的层厚就难以精确控制，所以难以直接应用于现有的光固化装备来成型高精度零件，导致光固化成型技术在这一范围的应用受到限制。例如在铸造模具和生物支架等领域，通常需要高固相含量的陶瓷浆料来成型具有复杂外形或复杂内部结构的陶瓷零件，但高固相含量的陶瓷浆料的黏度高，导致加工难度大，加工失败率高，制成的零件尺寸精度和表面粗糙度难以保证。

本发明针对这个问题，设计了专门的自下而上(底曝光)的面曝光成型装置，用以进行高黏度材料的光固化加工。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高黏度材料的面曝光成型装置，该装置运用底曝光固化材料的形式，配合重涂机构和倾斜机构，不仅在原理上避开了普通光固化设备成型高黏度材料所遇到材料难以流平和重涂的问题，而且解决了运用底曝光方式所带来的固化层黏接到材料槽底面的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

这种高黏度材料的面曝光成型装置，Z轴平移台固定在机架上，与机架基准平面相垂直，Z轴平移台上固定有工作台支架，工作台支架上连接有拉压力传感器，拉压力传感器下方连接有精密倾斜器，精密倾斜器下方连接有工作台。

所述的工作台内部装有UVLED阵列，工作台底部为透光底板。

所述的材料槽旋转台通过铰链连接到机架上，铰链轴通过材料槽的底面平面，材料槽旋转台通过步进电机带动一对直齿轮实现其上材料槽的整周旋转，材料槽通过释放快速夹紧夹具从材料槽旋转台上拆下，材料槽旋转台上固定有材料重涂机构。

所述的材料槽底面为复合结构，包括高透光率玻璃板和具有化学惰性、高透光性、低黏附性的聚四氟乙烯薄膜。

所述的材料重涂机构包括磁性底座，磁性底座上方连接有Z方向手动位移台、Z方向手动位移台上方连接有连接杆，连接杆上另一端连接有刮板。

材料槽旋转台下方，凸轮旋转电机固定在机架上，凸轮旋转电机通过联轴器连接凸轮轴及轴承，凸轮通过力锁合与材料槽旋转台连接。

本发明改变了普通光固化设备顶曝光的曝光方式，并且设计了针对底曝光和高黏度材料的运动机构，针对这样的曝光方式和运动形式来设计控制系统，实现固化，脱层，重涂，刮平等一系列连续动作，从而顺利成型材料。

附图说明

图1为本发明的结构轴测示意图；

图2为工作台剖面结构示意图；

图3为重涂机构结构示意图；

图4为材料槽结构示意图；

图5为控制系统组成示意图；

图中：1为Z轴平移台；2为拉压力传感器；3为精密倾斜器；4为工作台；5为重涂机构；6为凸轮旋转电机；7为凸轮轴及轴承；8为凸轮；9为UVLED光源；10为投影镜头；11为材料槽；12为材料槽旋转台；13为铰链；14为工作台支架；15为UVLED阵列；16为透光底板；17为磁性底座；18为Z方向手动位移台；19为连接杆：20为刮板；21为高透光率玻璃板；22为聚四氟乙烯薄膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明的整体轴测图如图1所示，这种高黏度材料的面曝光成型装置，具有Z轴平移台1，它固定在机架上，与机架基准平面相垂直。Z轴平移台1上固定有工作台支架14。工作台支架上14连接有拉压力传感器2、精密倾斜器3、工作台4。其中拉压力传感器2的作用为监测成型过程中脱层时所产生的对工作台4的拉力，以及在Z轴平移台1下降过程中起到防止工作台4或其上已经成型的零件碰撞材料槽11的作用。所述的高黏度为3000毫帕秒——20000毫帕秒。

如图2，工作台4内部装有UVLED阵列15，阵列为3×4，工作台4底部为透光底板16。UVLED阵列15的作用为在固化第一层材料时将固化的材料牢牢黏接到透光底板16上，以防止后续固化时已经成型的零件从透光底板16上脱开。

材料槽旋转台12通过铰链13连接到机架上，铰链13轴通过材料槽11的底面平面。材料槽旋转台12通过步进电机带动一对直齿轮实现材料槽11旋转。材料槽11可以通过释放快速夹紧夹具从材料槽旋转台12上拆下。材料槽旋转台12上固定有材料重涂机构。

如图4，材料槽11底面为复合结构，包括高透光率玻璃板21，高透光率玻璃板21上覆盖有聚四氟乙烯薄膜22。聚四氟乙烯薄膜22具有化学惰性，且不易与固化的材料黏接。

凸轮倾斜机构在材料槽旋转台12下方，由凸轮8、凸轮轴及轴承7、凸轮旋转电机6组成。其中凸轮旋转电机6采用蜗轮蜗杆传动。在凸轮旋转电机6驱动下，凸轮机构可以驱动材料槽旋转台12向下倾斜，而后返回水平状态。以此实现固化层与聚四氟乙烯薄膜22的脱离，也就是脱层。

如图3，材料重涂机构包括磁性底座17、Z方向手动位移台18、连接杆19。Z方向手动位移台18连接在磁性底座17上方，连接杆19的长度达到材料槽中央，刮板20在垂直于材料槽底面平面内角度可以调节。在脱层结束后，固化的部位出现了因材料无法流平而产生的凹坑，此时材料槽旋转台12做整周旋转动作，刮板20将材料槽11内所有材料刮平，对凹坑进行重涂，以为下一次固化做准备。

如图5，控制系统的成型装置控制界面分为两个子界面：曝光系统控制界面和加工系统控制界面。曝光系统控制界面控制曝光系统完成曝光，加工系统控制界面控制加工系统控制电路来控制三个分系统的电机来实现机构的正确有序运转。

Claims (4)

1.一种高黏度材料的面曝光成型装置，包括Z轴平移台(1)固定在机架上，与机架基准平面相垂直，其特征在于，Z轴平移台(1)上固定有工作台支架(14)，工作台支架(14)上连接有拉压力传感器(2)，拉压力传感器(2)下方连接有精密倾斜器(3)，精密倾斜器(3)下方连接有工作台(4)，材料槽旋转台(12)通过铰链(13)连接到机架上，材料槽旋转台(12)上固定有材料槽(11)和材料重涂机构(5)，重涂机构(5)包括磁性底座(17)，磁性底座(17)上方连接有Z方向手动位移台(18)、Z方向手动位移台(18)上方连接有连接杆(19)，连接杆(19)上另一端连接有刮板(20)，工作台(4)内部装有UVLED阵列(15)，工作台底部为透光底板(16)，所述的高黏度值为3000毫帕秒——20000毫帕秒。

2.根据权利要求1所述的一种高黏度材料的面曝光成型装置，其特征在于：铰链(13)轴通过材料槽(11)的底面平面，材料槽旋转台(12)通过步进电机带动一对直齿轮实现其上材料槽(11)的整周旋转，材料槽(11)通过释放快速夹紧夹具从材料槽旋转台(12)上拆下。

3.根据权利要求1所述的一种高黏度材料的面曝光成型装置，其特征在于：所述的材料槽(11)底面为复合结构，包括高透光率玻璃板(21)和具有化学惰性、高透光性、低黏附性的聚四氟乙烯薄膜(22)。

4.根据权利要求1所述的一种高黏度材料的面曝光成型装置，其特征在于：材料槽旋转台(12)下方，凸轮旋转电机(6)固定在机架上，凸轮旋转电机(6)通过联轴器连接凸轮轴及轴承(7)，凸轮(8)通过力锁合与材料槽旋转台(12)连接。